[发明专利]一种引入硫化物添加剂制备高效钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

一种引入硫化物添加剂制备高效钙钛矿太阳能电池的方法，属于纳米功能器件光伏太阳能电池领域。钙钛矿太阳能电池的结构是介孔型结构：导电衬底、半导体氧化物传输层、介孔层、有机无机杂化的钙钛矿层、空穴传输层以及金属对电极。本发明在甲基胺碘化铅(MAPbI₃)以及三元阳离子(Cs_0.06FA_0.79MA_0.15Pb(I_0.85Br_0.15)₃)钙钛矿吸光层中引入适量的硫化物添加剂调控其生长过程，实现了高效钙钛矿太阳能电池的构建，提升了钙钛矿吸光层晶体质量和钙钛矿薄膜光生载流子寿命，内部缺陷减少。处理后的钙钛矿薄膜构建得到的电池，器件各项电学性能参数均有提升，最终性能得到改善。该种添加剂辅助生长的手段工艺简单，成本低廉，有助于提高钙钛矿光伏器件的光学性能和稳定性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米功能器件光伏太阳能电池领域，涉及高效钙钛矿太阳能电池的制备。

背景技术

能源作为人类生活和社会经济发展的基础，给人类带来了物质文明的空前繁荣发展。然而，随着人类社会的发展，新能源被不断发掘和利用，而旧能源被逐步取代是必然的趋势。19世纪末，随着煤炭和石油的发掘使用，整个世界进入了化石能源时代，这极大的推动了工业的迅速发展和工业革命，进一步促进了人类社会文明的积极发展和前进。而与此同时，传统化石能源让人类感受到便利的同时，也让人类承担了艰难的后果。化石能源在地球上的分布极不均衡，并且终究会枯竭。另外燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾天气和温室效应严重威胁人类社会的可持续发展。太阳能电池能够利用太阳能直接转化为电能，可以为人类社会发展提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是人类社会应对能源危机，解决环境问题，寻求可持续发展的重要对策。

在众多光电材料体系中，有机-无机杂化钙钛矿材料已成为最重要的研究对象之一。钙钛矿材料具有ABX₃结构，其所需的原材料储量丰富，制备工艺简单且可通过低温、低成本的工艺实现高品质的薄膜。2009年日本科学家Miyasaka教授首次将钙钛矿材料作为敏化剂应用于光伏领域，获得了3.81％的光电转化效率。通过各国研究工作者的不懈努力，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率在短短几年的时间里迅速增长到24％以上。([1]Yang WS,Park B W,Jung E H,et al.Science,2017,356:1376.[2]Kim M J,Kim G-H,Lee T K,etal.Joule,2019,3,1-14.)迄今为止，各国研究工作者已经采取了许多方法来改善钙钛矿膜的晶体质量，其中添加剂在钙钛矿晶体生长和结晶过程中发挥着重要作用。([3]Si H,LiaoQ,Zhang Z,et al.Nano Energy,2016,22:223.[4]Si H,Liao Q,Kang Z,et al.AdvancedFunctional Materials,2017,27:1701804.[5]Han T-H,Lee J-W,Choi C,et al.Naturecommunications,2019,10,520.)

目前，无机酸、金属氯化物盐以及有机化合物类添加剂已被广泛应用于提升钙钛矿光伏器件性能，但仍然存在部分残留与调控能力较弱的问题。([6]Pan J,Mu C,Li Q,etal Advanced Materials,2016,28:8309.[7]Li W,Zhang C,Ma Y,et al.EnergyEnvironmental Science,2018,11:286.[8]Wu W Q,Yang Z B,et al.Science Advances,2019,5:eaav8925)为了进一步调控钙钛矿晶体生长过程，应用可以与钙钛矿前驱体形成更强相互作用的硫化物添加剂，改善钙钛矿薄膜晶体质量，有助于开发具有更优性能的光伏器件，推进钙钛矿太阳能电池的实际应用。

发明内容

本发明涉及光伏电池，提供了一种制备高效钙钛矿太阳能电池的方法。该种钙钛矿太阳能电池的结构是传统的介孔型结构：导电衬底、半导体氧化物传输层、介孔层、有机无机杂化的钙钛矿层、空穴传输层以及金属对电极。